基于熵值法的高层建筑火灾风险评价研究

殷大鹏 殷晓晓 闫静静

摘要：高层建筑火灾频发，损失惨重，为了探索高层建筑火灾的众多影响因素，降低城市火灾的风险等级，针对高层建筑火灾影响因素相互关联及因素信息不确定的问题，本文通过调查研究，采用定性描述和定量计算相结合的方法，选取建筑防火能力、消防灭火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、应急反应能力、法规维护能力等7个指标，提出了基于熵值法的高层建筑火灾风险评价方法，并按照评价的风险值，将风险分为安全、较安全、一般、较危险、危险五个等级，并针对安全疏散能力和安全管理能力等薄弱环节提出了相应对策。

关键词：高层建筑;火灾;熵值法;风险分析

引言

我国城市高层建筑随着城市中土地资源的节约和空间的充分利用而日益剧增。高层建筑本身结构设计复杂、楼内流动人口多、电器设备繁杂，又使用了大量新型材料，因此极易出现火灾风险。《中国消防年鉴》显示，2018年国内建筑类火灾占全部类型火灾的80%以上，导致人员生命安全受到严重侵害及社会财产受到巨大损失，威胁人类安全和社会稳定。因此，需要使用合理的风险评价方法来避免、减少高层建筑火灾风险问题。为了有效识别和管理危险源，减少事故隐患，降低高层建筑火灾风险，国内外学者对建筑火灾风险分析方法做了大量研究。国外学者Hasofer[1]利用CESARE-Risk 模型对公寓建筑火灾风险进行了模拟分析。国内学者杜红兵等[2]基于建立的高层建筑评价体系第一次用模糊综合评价法定量分析了高层建筑火灾风险，并找到了所建立体系中的薄弱环节;黄怡浪等[3]基于事故树分析建筑火灾影响因素重要度，确定了事故的主要影响因素。本文采用主要采用熵值法进行研究。

一、风险评价指标的选取

建立合理的高层建筑火灾评价指标体系可以减少评价过程中的误差，提高评价结果的可靠度，找到主要和薄弱的影响因素，采取有效的防控方法，避免火灾事故的发生[4]。本文从高层建筑外部危险源辨认和识别等火灾发生角度进行风险研究，结合国内建筑设计方面标准，查阅、参考国内外相关研究成果，完善高层建筑火灾评价标体系，并根据主导性、可操作性和独立性等评价指标建立原则，最终从建筑防火能力、消防灭火能力、消防施救能力、安全疏散能力和安全管理能力、应急反应能力、法规维护能力7个方面建立高层建筑火灾风险评价指标体系。

二、风险评价指标标准化

由于指标体系中各指标代表的涵义不同，数量间的差异很大，数据需标准化，即通过数学变换消除各原始指标的量纲，使各指标之间具有可比性。标准化公式如下：

式中： 表示某区域的指标值，表示所有区域指标的最大值，表示所有区域指标的最小值。归一化后部分数据截图如图1。

三、风险评价体系的构建

数据调查时，获取了24个高层建筑的火灾风险情况。

（一）运用获取的n个评价指标的m組数据建立二维决策矩阵

本文中，共有7个评价指标，24组数据，故m=24，n=7。

（二）计算离散分布概率

针对每个评价指标，依据其m个归一值，计算离散分布概率。

（三）计算信息熵

根据离散分布概率，计算第j个评价指标的信息熵。建筑防火能力、消防灭火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、应急反应能力、法规维护能力7个评价指标的信息熵依次为：0.592，0.932，0.842，0.832，0.970，0.967，0.906。

（四）计算信息偏差度

根据第j个评价指标的信息熵，计算该指标相应的信息偏差度。建筑防火能力、消防灭火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、应急反应能力、法规维护能力7个评价指标的信息偏差度依次为：0.408，0.068，0.158，0.168，0.030，0.033，0.094。

（五）计算指标权重;

根据各评价指标的信息偏差度，计算指标权重。建筑防火能力、消防灭火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、应急反应能力、法规维护能力7个评价指标基于信息熵的指标权重依次为：0.43，0.07，0.16，0.18，0.03，0.03，0.10。

因此火灾风险评价模型如下：

式中，Y为火灾风险评价值;X1为建筑防火能力;X2消防灭火能力;X3消防施救能力;X4安全疏散能力;X5安全管理能力;X6应急反应能力;X7法规维护能力。

计算24个高层建筑的火灾风险评价值依次为：2.82，9.30，27.07，57.27，3.27，4.47，119.01，33.49，10.44，142.98，118.29，19.48，16.19，9.87，124.46，22.84，13.61，62.46，48.18，28.09，50.06，31.78，23.06，20.12。

按照评价值，将其分为五类，分别为安全、较安全、一般、较危险、危险，建筑物的数量分别为14个、6个、0个、2个、2个，如表1所示，评价结果与实际相符。

因此得到火灾风险的最终评价标准，按照评价值由小到大分为以下五个等级，如表2所示。

四、结论

本文通过选取7个评价指标，运用熵值法构建了高层建筑火灾风险评价体系，并根据实际情况进行验证，证明评价结果真实、可靠。

参考文献：

[1]HASOFER A M. Modern sensitivity analysis of the CESARE-Risk computer fire model[J].Fire Safety Journal，2009，44（ 3）：330-338.

[2]DU Hongbing，ZHOU Xinquan，ZHANG Jingzong，Fuzzy synthetic evaluation for fire safety of high-rise buildings[J].Journal of China University of Mining & Technology，2002，31（3）：242-245.

[3]HUANG Yilang，YAN Xiaoli，HE Chao，et al. Construction and importance degree analysis of fault tree on fire accidents for high-rise buildings[J].Journal of Shanghai University of Engineering Science，2014，28（1）：82-86.

[4]论黄晓荣.民用建筑结构设计的问题及解决措施[J].城市建设理论研究（电子版）.2018（30）.